浅析输电线路距离保护的运用问题及解决

浅析输电线路距离保护的运用问题及解决

何苗1王颖韬2万小娜1

（1.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司陕西西安710065；2.中国电建集团中国水利水电第十一工程局有限公司河南郑州45000）

摘要：电流电压保护的主要优点是简单、经济及工作可靠。但是由于这种保护整定值的选择、保护范围以及灵敏系数等方面都直接受电网接线方式及系统运行方式的影响，所以在35kV及以上电压的复杂网络中，它们都很难满足选择性、灵敏性及快速切除故障的要求。为此，就必须采用性能更加完善的保护装置，而距离保护就是适应这种要求的一种保护。

关键词：距离保护；并联电抗器；保护死区；故障距离

1.距离保护的基本概念

距离保护是反应故障点至保护安装地点之间的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。该装置的核心部件为距离或阻抗继电器，或称距离或阻抗原件。对于单相补偿式，所谓I类阻抗继电器，它可根据其端子上所加的一个电压和一个电流测知保护安装处至短路点间的阻抗值，但可根据其端子上所加的电压和电流值间接测定保护安装处至短路点之间的距离。由这两种距离或阻抗继电器构成的距离保护都是在短路点距保护安装处近时，动作时间短；当短路点距保护安装处远时，动作时间增长。这样就能保证了保护有选择性地切除故障线路。

2.并联电抗器对距离保护的影响

2.1并联电抗器的接线分析

由于并联电抗器可以补偿线路的对地电容，消除电容效应，在高压输电线路上为了限制过电压，一般都装设有一定容量的并联电抗器。按照容量定义的并联电抗器补偿度为：

Zo、Zl分别为单位长度线路的零序阻抗和正序阻抗。

2.3整定值的定性分析

K值则为准确系数，取大于1，其值的大小直接能够影响距离保护的范围。其值越大保护范围越小，其值越接近于1则保护范围越大。

结合2.1节的分析，无论输电线路或并联电抗器内部发生短路故障，首先需保证保护动作第一时间跳开线路断路器，那么K值的选择则尤为重要。

假设距离保护定值为It，输电线路全段阻抗值为Zl，并联电抗器阻抗为Zr。

2.3.1当线路阻抗大于并联电抗器阻抗

当线路阻抗大于并联电抗器阻抗时，即Zl>Zr，此时K的取值只需考虑线路阻抗等于电抗器阻抗Zr点至Zl线路全长之间，也就时说此时由于线路的阻抗值能够大于电抗器阻抗，电抗器的全段可以考虑在保护范围内，短路电流点可以选择在线路阻抗等于电抗器阻抗的点之后。当然如果线路阻抗值只是略大于阻抗值，此时K值的选择则会非常接近于1，从而导致线路距离保护的选择性降低，可能导致误动。实际上，从并联电抗器的功能上来分析，一般情况下如果该线路需并联电抗器，除考虑升压要求外，并联电抗器的电抗一般会远远小于线路的阻抗值。

2.3.2当线路阻抗值小于并联电抗器阻抗

当线路阻抗值小于并联电抗器阻抗时，此时以线路阻抗为基准，并考虑正确的选择性，牺牲一定的线路保护范围，即K值大于1，使得距离保护无法保护电抗器的全段，意味着电抗器绕组接近末端中性点位置发生短路故障时，距离保护则无法动作。即使这样，从合理性角度考虑，线路的距离保护也不能为保证能够保护到电抗器全段降低整定值电流，从而使得线路距离保护失去选择性，出现不合理的越级跳闸。介于此，可考虑在电抗器并联分支增设过流保护，这样可保证在电抗器绕组接近末端中性点位置发生短路故障时，分支的过流保护能够动作切断故障点。

3.方向阻抗继电器的死区及死区的消除方法

3.1死区产生的原因分析

当线路出口短路（金属性）时，由于母线电压降为零，使距离保护失去方向性，距离保护可动可不动，称为死区，具体如下：

对于方向阻抗继电器，当保护出口短路，Um=0。

图3-1记忆回路的原理接线图

在电阻Rj上的压降UR也与外加电压Um同相位，记忆电压Uj通过记忆变压器T与Um同相位。

图3-2具有记忆的幅值比较的方向阻抗电压形成回路

引入记忆电压以后，在出口短路时，由于谐振回路的储能作用，记忆电压Uj在衰减到零之前存在，且故障前Um同相位。由于继电器记录了故障前的电压，故方向阻抗继电器消除了死区。

3.2.1引入第三相电压

记忆回路只能在暂态过程中正确动作，它的作用时间有限。为了克服这一缺点，再引入非故障相电压（如C相），它通过高阻值的电阻R接到记忆回路中，Cj和Lj的连接点上。正常时，由于UAB电压较高且Lj、Cj处于工频谐振状态，而R值又很大，使作用在Rj上的电流主要来自UAB且时电阻性的，第三相电压Uc基本不起作用。可通过向量图模拟AB相突然短路，引入C相，可以看出，Icj超前IR近90o，即极化电压与故障前电压UAB同相位。因此当出口两相短路时，第三相电压可以在继电器中产生和故障前电压UAB相同的而且不衰减的极化电压Uj，以保证方向阻抗继电器正确动作，即能消除死区。